TINJAUAN PUSTAKA. Asam laktat berasal dari bahasa latin lactis yang berarti susu (Anonim, 2001). Zat

Transkripsi

1 TINJAUAN PUSTAKA A. Asam Laktat Asam laktat berasal dari bahasa latin lactis yang berarti susu (Anonim, 2001). Zat tersebut merupakan jenis asam organik yang tidak berwarna, dapat dicampur dengan air, etanol maupun dietil eter serta berperan penting dalam beberapa proses biokimia. Zat ini pertama kali ditemukan dalam susu asam sebagai hasil fermentasi dari senyawa gula atau laktosa (Indo Chemical, 1990) dan dapat terbentuk secara alami dalam berbagai produk oleh proses fermentasi, seperti dalam acar kubis, keju, dan anggur serta dapat juga dihasilkan oleh jaringan tubuh manusia dan hewan dari hasil metabolisme karbohidrat (Nuraeni, 1987). Asam laktat merupakan bahan tambahan dalam industri makanan dan bahan baku industri polimer biodegradable (BPPT, 2005). Zat ini juga merupakan bahan pengawet alami yang dapat mencegah pembusukan oleh bakteri (Fallon dan Enig, 2003). 1 Struktur dan Sifat Fisika Asam Laktat Asam laktat atau asam 2-hidroksipropionat mempunyai rumus molekul CH(OH)COOH dan massa molekul relatif 90,08 (Ullmann,1984) dengan temperatur leleh antara o C dan merupakan asam hidroksikarboksilat dengan sebuah atom karbon asimetris. Secara optis asam laktat mempunyai dua bentuk aktif, yaitu levo asam laktat dan dextro asam laktat seperti diilustrasikan pada Gambar 1. Perbedaan utama antara isomer-isomer tersebut adalah bahwa mereka memutar bidang cahaya terpolarisasi dengan arah yang berbeda (Gaman

2 dan Sherrington, 1992). Gambar 1. D-asam laktat L-asam laktat Tabel 1. Jenis Bakteri Homofermenter Strepcoccus Pediococcus Lactococcus Lactobacillus Subgrup Streptobacteria Subgrup Thermobacteria Jenis Asam Laktat L-asam laktat D,L-asam laktat L-asam laktat D,L-asam laktat D,L-asam laktat Heterofermentasi Lactobacillus Subgrup Betabacteria Leucomostoc D,L-asam laktat D-asam laktat Sumber; Anonim,2005 Biasanya L-asam laktat digunakan sebagai regulator asam, acidifier, dan fungisida. L- asam laktat dapat didegradasi sehingga dapat digunakan sebagai bahan baku plastik untuk mengatasi masalah polusi.w.h.o menganjurkan untuk tidak menggunakan D- asam laktat pada industri makanan dan farmasi karena bersifat racun. Sementara L- asam laktat tidak beracun dan dapat digunakan dengan aman (Anonim,2005)

3 2. Sifat Kimia Asam Laktat Asam laktat bisa mengalami esterifikasi intermolekuler menghasilkan sebuah ester yaitu asam laktoyllaktat dengan reaksi: 2 CH(OH)COOH CH(OH)COOCH( )COOH + H 2 O (2.1) (asam laktat) (asam laktoyllaktat) (air) Ester bimolekuler lain juga dapat terbentuk jika distilasi asam laktat dilakukan pada temperatur yang tinggi. Ester bimolekuler tersebut adalah dilaktida yang merupakan ester siklis, seperti pada persamaan reaksi berikut: CH(OH)COOCH(CH (asam laktoyllaktat) 3 )COOH o o o o + H 2 O (air) (dilaktida) (2.2) Dehidrasi asam laktoyllaktat menghasilkan poli asam laktat yang merupakan poliester lurus dengan panjang rantai tidak diketahui, seperti diuraikan dalam Gambar 2 berikut: HO CH CO O CH CO O CH COOH Poli asam laktat n Gambar 2. Poli Asam Laktat B. Bahan Baku 1. Nenas

4 Nenas (Ananas Comosus (L) Merr.) merupakan salah satu tananaman buah tropis yang dapat tumbuh sepanjang musim. Buah nenas cukup populer dan disukai orang. Tanaman nenas termasuk dalam divisi Spermathophita, klas angiospermae, subklas monocotyledon, ordo forinose, famili bromolliace dan spesies Ananas comossus (L) Merr (Rukmana, 1996). Dari data statistik, produksi nenas di Indonesia untuk tahun 1997 adalah sebesar ton dengan nilai konsumsi 16,31 kg/kapita/tahun (Anonymous, 2001). Sedangkan untuk di Propinsi Lampung produksi nenas mencapai Ku pada tahun 2006 (BPS Propinsi Lampung). Dengan semakin meningkatnya produksi nenas, maka limbah yang dihasilkan akan semakin meningkat pula. Menurut Suprapti (2001), limbah nenas berupa kulit, ati/ bonggol buah atau cairan buah/ gula dapat diolah menjadi produk lain seperti sari buah atau sirup. Menurut Kumalamingsih(1993), secara ekonomi kulit nenas masih bermanfaat untuk diolah menjadi pupuk dan pakan ternak. 2. Limbah Cair Nenas Disamping limbah padat, proses pengolahan nenas menghasilkan juga limbah cair. Limbah cair nenas merupakan limbah cair yang dihasilkan dari tahap akhir pengolahan nenas (Ananas Comossus), yaitu cairan sisa dari proses ultra filtrasi pada proses pembuatan clear juice nenas. Limbah cair nenas merupakan limbah organik yang mengandung karbohidrat. Komposisi kimia limbah cair nenas dapat dilihat pada tabel 2. Tabel 2. Komposisi Kimia limbah cair nenas PT. Great Giant Pineaple Company (PT GGPC) Terbanggi Besar Lampung Tengah Analisa Hasil Glukosa 16,8% Protein 0,2%

5 Dan lain-lain 83% (Laboratorium Teknologi Hasil Pertanian Universitas Lampung,2008) Melihat komposisi kimianya, limbah cair nenas dapat dimanfaatkan sebagai media pembuatan asam laktat. Pemanfaatan limbah cair nenas sebagai media pembuatan asam laktat mempunyai beberapa kelebihan, yaitu dapat mengurangi pencemaran lingkungan, memberikan nilai ekonomi bagi industri pengolahan nenas, bahan baku dapat diperoleh dengan mudah dan murah. Selain itu dapat meningkatkan nilai guna limbah cair nenas karena dapat menghasilkan produk pangan yang bermanfaat bagi manusia. C. Proses Fermentasi 1. Definisi Fermentasi Kata FERMENTASI berasal dari kata latin ferfere yang berarti mendidihkan (Judoamidjojo dkk, 1990). Istilah fermentasi ini dalam sejarahnya mengalami perubahan pengertian seiring dengan banyak dilakukan penelitian-penelitian di bidang bioteknologi. Sampai pada saat ini fermentasi diartikan sebagai suatu proses perombakan bahan baku dengan menggunakan sel hidup atau mikroba untuk menghasilkan suatu zat produk (Judoamidjojo dkk, 1990). Fermentasi juga merupakan penguraian anaerobik dari senyawa organik (Lay dan Hastowo, 1992). Bahan-bahan utama yang diperlukan untuk dapat berlangsungnya suatu proses fermentasi adalah berbagai jenis mikroorganisme dan berbagai jenis enzim yang dihasilkannya. Kemudian untuk dapat menyiapkan suatu kondisi optimal diperlukan suatu perangkat peralatan yang disebut fermentor atau bioreaktor yang harus dilengkapi dengan unit pengendali yang dapat dilakukan secara manual atau otomatis. Kelengkapan yang terpenting adalah bahan baku dan

6 bahan pembantu yang biasa disebut sebagai medium (Judoamidjojo dkk, 1990). 2. Fermentasi Asam Laktat Proses fermentasi asam laktat berlangsung secara anaerob dengan menggunakan mikroorganisme untuk mengubah gula menjadi asam laktat (Erickson dkk, 2004) Gula Hidrolisis Glukosa Glikolisis Asam laktat Fermentasi Piruvat Berbagai bahan baku yang mengandung karbohidat dapat digunakan dalam fermentasi asam laktat. Dalam skala industri asam laktat dapat diproduksi dengan dua cara yaitu proses sintesis kimia antara asetaldehid dengan asam sianida, dan proses fermentasi dari berbagai bahan yang memiliki kandungan karbohidrat tinggi dengan bantuan kelompok bakteri pembentuk asam laktat (Ulmann, 1984; Narayanan dkk, 2004). Jalur fermentasi lebih sering digunakan dibandingkan dengan cara sintesis karena proses produksinya dilakukan secara alami (Ulmann, 1984). Pada fermentasi asam laktat, sejumlah besar inokulum bakteri digunakan untuk memproduksi asam tersebut. Prosedur umum fermentasi asam laktat terdiri dari penguraian karbohidrat dalam mineral dan nutrisi berprotein serta kalsium karbonat berlebih. Secara umum reaksi fermentasi asam laktat adalah sebagai berikut:

7 hidrolisis fermentasi Karbohidrat C 6 H 12 O 6 2 CHOHCOOH...(2.3) (glukosa) (asam laktat) 2.1. Jenis Proses Fermentasi Berdasarkan Produk yang Dihasilkan Berdasarkan produk yang dihasilkan, fermentasi asam laktat dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu fermentasi homolaktat dan fermentasi heterolaktat. Satu-satunya hasil fermentasi homolaktat adalah asam laktat, seperti terlihat pada reaksi berikut: C 6 H 12 O ADP + 2 Pi 2 CHOHCOOH + 2 ATP (2.4) (glukosa) (asam laktat) Sedangkan pada fermentasi heterolaktat, selain menghasilkan asam laktat juga dihasilkan produk-produk lainnya seperti asam asetat, etanol, asam format, dan karbon dioksida, tergantung dari bahan baku yang digunakan (Ullmann, 1984). C 6 H 1 2 O A D P + 2 P i C H 3 C H O H C O O H + 3 C H 2 O H + C 2 O+ 2 A T (g lu k o sa) (a sa m la k ta t) (eta n o l) (2.5) Berdasarkan Kebutuhan Elektron Akseptor Berdasarkan kebutuhan elektron akseptor, fermentasi asam laktat digolongkan menjadi dua jenis, yaitu fermentasi aerobik dan anaerobik. Pada fermentasi aerobik, yang berfungsi sebagai elektron akseptor adalah oksigen, sedangkan pada fermentasi anaerobik elektron akseptornya berupa senyawa organik

8 (Abedon, 1998) seperti asam piruvat, asetaldehid, dan asetil KoA (Harwati dkk, 1997). Berdasarkan Substrat Yang Digunakan Berdasarkan substratnya, proses fermentasi dibedakan menjadi dua jenis, yaitu: Solid Substrat Fermentation (SSF) Pada SSF, substrat yang digunakan berupa material padatan seperti pati yang berasal dari padi, kacang-kacangan dan material lignoselulosa (jerami, serbuk gergaji atau kayu). Beberapa dari senyawa ini mengandung molekul-molekul polimer yang sukar larut dalam air namun mudah diperoleh dan mampu menyediakan nutrisi yang dibutuhkan untuk pertumbuhan mikroorganisme (Smith, 1996). Beberapa SSF membutuhkan pengolahan awal untuk meningkatkan kandungan nutrisi dan juga mengurangi ukuran komponen substratnya. Bioreaktor SSF didisain lebih sederhana dibandingkan dengan LSF. Liquid Substrat Fermentation (LSF) Substrat yang digunakan pada LSF berupa larutan yang kaya akan nutrisi yang dibutuhkan oleh mikroorganisme. LSF dapat dibedakan menjadi dua jenis: Submerged fermentation Pada submerged fermentation, proses fermentasi berlangsung di bawah permukaan media dengan cara mengaduk larutan media selama proses fermentasi berlangsung. Surface fermentation

9 Pada surface fermentation, proses fermentasi hanya berlangsung di permukaan media saja, sehingga untuk mendapatkan hasil yang maksimal luas permukaan harus diusahakan seluas mungkin dengan cara memperkecil ketebalan cairan. Pada proses ini, mikroorganisme hanya tumbuh di permukaan media fermentasi. 2. Mikroorganisme Mikroorganisme sangat diperlukan dalam proses fermentasi mengingat dalam aktifitas biologisnya mikroorganisme mampu memproduksi senyawa organik, enzim, antibiotika, dan sebagainya. Senyawa-senyawa kimia tersebut dapat digunakan langsung atau sebagai bahan dasar untuk diolah lebih lanjut menjadi produk yang dibutuhkan oleh manusia. Mikroba dapat memproduksi asam-asam organik. Menurut Pederson (1971), dalam memproduksi asam organik mikroba digolongkan dalam dua golongan : Homofermentatif, yaitu mikroba yang hanya memproduksi satu jenis asam organik. Mikroba jenis ini juga disebut sebagai mikroba homolaktat. Heterofermentatif, yaitu mikroba yang dapat memproduksi beberapa produk senyawa selain asam organik utama. Misalnya selain asam laktat bakteri juga dapat menghasilkan asam organik lain (asetat, format, butirat, dll) dan atau senyawa lain seperti CO 2 dan alkohol. Mikroba seperti ini disebut juga sebagai mikroba heterolaktat. Bakteri asam laktat yang termasuk glongan homofermentatif adalah

10 genera Pediococcus dan Sterptococcus serta sebagian lactobacillus. Sedangkan genera Leuconostoc dan Bifidobacterium termasuk heterofermentatif (Anonim, 1989). Jenis mikroorganisme yang digunakan dalam suatu proses fermentasi akan mempengaruhi hasil fermentasi yang dilakukan. Berbagai jenis bakteri, kapang, maupun khamir dapat digunakan dalam proses fermentasi (Judoamidjojo dkk, 1990). Contoh bakteri yang banyak digunakan dalam industri fermentasi adalah kelompok bakteri laktat. a. Bakteri Laktat Bakteri laktat adalah bakteri yang mampu memproduksi sejumlah asam laktat dari karbohidrat sederhana, dengan demikian menciptakan suasana asam yang mampu mematikan bakteri-bakteri lain (Syahrurrachman dkk, 1993). Bakteri laktat khususnya berasal dari genus Lactococcus, Leuconostoc, Pediococcus, dan Lactobacillus memegang peranan penting dalam menghasilkan makanan fermentatif (Herrero dkk, 1996) seperti yoghurt (Streptococcus dan Lactobacillus), keju (Lactococcus), dan acar kubis (Leuconostoc) (Dugas, 2001). Oleh karena itu pada saat ini bakteri asam laktat sangat berpotensi untuk digunakan dalam berbagai industri (Koning, 2000). Karakteristik Bakteri Laktat Secara umum, sifat morfologi bakteri asam laktat berbentuk batang, gram positif, tidak berspora, tidak motil dan memproduksi asam dari beberapa jenis karbohidrat (Mamuaja, 1989). Pada isolasi primer, bakteri ini bersifat mikroaerofilik atau anaerobik, dan beberapa strain dapat tumbuh meskipun dalam suasana aerobik (Syahrurrachman dkk, 1993).

11 Menurut Hadi dan Fardiaz (1990), bakteri asam laktat termasuk golongan osmotoleren moderat yang mempuyai kadar aw (kebutuhan air mikroba untuk hidup) minimal 0,95 untuk pertumbuhannya, tetapi beberapa bakteri asam laktat mampu bertahan pada aw 0,93 Bakteri laktat bersifat heterotrof dan biasanya mempunyai kebutuhan nutrisi yang kompleks karena kekurangan kemampuan biosintesis (Dugas, 2001). Kebanyakan jenisnya mempunyai beragam kebutuhan akan karbon (C) dalam bentuk senyawa organik dan karbohidrat, asam amino serta vitamin untuk pertumbuhannya (Syahruracman dkk, 1993). Oleh karena itu, bakteri laktat biasanya hanya terdapat di dalam komunitas dimana kebutuhan akan nutrisi tersebut dapat terpenuhi. Dewasa ini telah ditemukan strain bakteri laktat yang bisa langsung memfermentasi bahan baku berpati menjadi asam laktat karena mikroorganisme tersebut menghasilkan enzim α-amilase. Strain bakteri laktat ini adalah Lactobacillus amylolytic. Contoh bakteri yang termasuk strain ini yaitu Lactobacillus amylovorus, Lactobacillus amylophilus, Lactobacillus manihotivorans, Lactobacillus plantarum (Sanoja dkk, 2000), dan Bacillus thermoamylovorans (Ollivier dkk, 2000).